Розділ 3 Проектування теплообмінного обладнання теплоенергетичних установок

3.1. Основи проектування

3.1.1. Вимоги до проектування теплообмінного обладнання

1) Виконання вимог по робочим параметрам – це означає, що потужність теплообмінного обладнання, вхідні і вихідні параметри теплоносіїв повинні забезпечуватись від одного профілактичного ремонту до наступного.

2) Забезпечення механічної міцності при роботі, транспортуванні, монтажу, запуску, зупинці при можливих аварійних ситуаціях.

3) Корозійна стійкість (матеріали, заходи (активні, пасивні)).

4) Мінімальні забруднення теплообмінної поверхні та можливість її очищення.

5) Можливість періодичного ремонту теплообмінного обладнання: очищення, заміна трубок, прокладок і т. ін.

6) Необхідно враховувати переваги багатосекційної компоновки з відсічними пристроями (частина секцій працює, а частина в ремонті).

7) Теплообмінне обладнання повинно мати мінімальну вартість при забезпеченні виконання інших вимог.

8) Відповідати спеціальним вимогам (обмеження по діаметру, масі, довжині, за умовами місця експлуатації (у космосі)).

3.1.2. Загальні рекомендації до виконання розрахунків

Перед початком проектування необхідно уточнити вихідні дані і зміст завдання, вивчити умови експлуатації. На основі цього вибирається принципова схема теплообмінного обладнання, яке буде у подальшому проектуватися.

Для розрахунків бажано віддавати перевагу теоретичним залежностям, а не емпіричним, які придатні тільки для умов, при яких були отримані.

Перед виконанням точних розрахунків рекомендується груба оцінка порядку величини, що розраховується. Це зменшить можливість випадкових помилок у розрахунках.

Слід пам’ятати, що при проектуванні теплообмінного обладнання розрахунки і конструювання однаково важливі і не слід недооцінювати якусь із цих складових.

Не слід сліпо повторювати відомі рішення. Оптимальне рішення може бути знайдене на основі досвіду, ескізного проектування і наступного порівняння кількох варіантів проекту.

Слід пам’ятати, що вартість проектування майже завжди значно менша вартості самого обладнання, а тому не варто економити на цій стадії.

Креслення слід оформляти у відповідності з ЄСКД.

3.1.3. Методи розрахунку теплообмінного обладнання

В залежності від поставленої задачі може проводитись:

- конструкторський розрахунок;

- перевірочний розрахунок.

Конструкторський розрахунок (КР) виконується у випадку, коли ведеться розробка нового, нестандартного теплообмінного обладнання.

Конструкторський розрахунок включає тепловий, гідравлічний, механічний та інші розрахунки, які визначають геометричні розміри обладнання (вибір патрубків, розміщення) та його техніко-економічні показники. Результатом конструкторського розрахунку є площа теплообміну.

Перевірочний розрахунок проводиться для стандартного теплообмінного обладнання (або такого, яке є у наявності) з метою визначення параметрів теплоносіїв на виході з апарата при заданому тепловому навантаженні, здебільшого відмінному від номінального.

Перевірочний розрахунок проводиться у випадках оцінки придатності теплообмінного обладнання для конкретних технологічних умов або окремих, можливо, нестаціонарних режимів функціонування об’єкту.

При такому розрахунку для конкретного теплообмінного обладнання, відомих витрат і температур теплоносіїв на вході, визначається теплова продуктивність, температури на виході, та гідравлічний опір (втрати) апарата.

В

Перевірочний розрахунок

итрати 

Температура  Теплова

продуктивність

Тиск  Температури на

виході

Розміри  Втрати тиску

ТФ властивості 

Парам. відкладень 

Розглянемо послідовність перевірочного розрахунку.

1. За відомими методиками визначають коефіцієнти тепловіддачі, потім коефіцієнт теплопередачі при умовно прийнятому або бажаному тепловому навантаженні.

2. Визначають необхідну середню різницю температур на основі теплового навантаження, знайденого вище «k», та відомої поверхні теплообміну.

(3.1)

3. Проводиться оцінка відповідності необхідної різниці температур тій, що є у наявності. Необхідно вибирати такий режим роботи, щоб була приблизна рівність необхідної і тої, що є у наявності різниці температур.

4. Якщо наявна різниця температур виявиться значно більшою від необхідної, то необхідно:

- розглянути питання про використання теплоносія із меншим енергетичним потенціалом;

- якщо такої можливості немає, то необхідно визначити доцільні межі зміни параметрів гарячого теплоносія (наприклад дроселюванням пари на вході).

- розглянути питання про використання теплообмінного обладнання з меншою поверхнею теплообміну.

Якщо наявна різниця температур теплоносіїв недостатня для забезпечення заданого теплового навантаження, то можна рекомендувати:

- зменшення теплового навантаження шляхом раціоналізації технологічного процесу;

- підвищення параметрів гарячого теплоносія;

- вибір теплообмінного обладнання з більшою поверхнею.

5. За довідковими даними визначають коефіцієнт тертя і місцеві втрати тиску. Розраховують загальні втрати тиску. Оцінюють потужність на перекачування теплових носіїв за формулою

(3.2)

6. Вибір і проектування допоміжного устаткування (насоси, допоміжні теплообмінні апарати, сепаратори, конденсатні баки, конденсатовідвідники, розширювальні баки).

При проведенні аналізу результатів перевірочного розрахунку слід розглядати кілька варіантів для вибору найкращого.